[论文解读] COVID-19 causes record decline in global CO2 emissions

Zhu Liu, Philippe Ciais+38 more|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2020

Air Quality and Health Impacts参考文献 18被引用 7

一句话总结

本研究提供了2020年1月至4月期间206个国家的近实时每日化石CO2排放清单，将全球化石CO2排放量下降7.8%（938 Mt CO2）归因于新冠疫情封锁措施。分析显示，区域排放显著下降，尤其是航空业（-28.9%）和中国（-6.9%），卫星与地面数据证实了排放减少，但由于短期影响，大气CO2浓度变化甚微。

ABSTRACT

The considerable cessation of human activities during the COVID-19 pandemic has affected global energy use and CO2 emissions. Here we show the unprecedented decrease in global fossil CO2 emissions from January to April 2020 was of 7.8% (938 Mt CO2 with a +6.8% of 2-σ uncertainty) when compared with the period last year. In addition other emerging estimates of COVID impacts based on monthly energy supply or estimated parameters, this study contributes to another step that constructed the near-real-time daily CO2 emission inventories based on activity from power generation (for 29 countries), industry (for 73 countries), road transportation (for 406 cities), aviation and maritime transportation and commercial and residential sectors emissions (for 206 countries). The estimates distinguished the decline of CO2 due to COVID-19 from the daily, weekly and seasonal variations as well as the holiday events. The COVID-related decreases in CO2 emissions in road transportation (340.4 Mt CO2, -15.5%), power (292.5 Mt CO2, -6.4% compared to 2019), industry (136.2 Mt CO2, -4.4%), aviation (92.8 Mt CO2, -28.9%), residential (43.4 Mt CO2, -2.7%), and international shipping (35.9Mt CO2, -15%). Regionally, decreases in China were the largest and earliest (234.5 Mt CO2,-6.9%), followed by Europe (EU-27 & UK) (138.3 Mt CO2, -12.0%) and the U.S. (162.4 Mt CO2, -9.5%). The declines of CO2 are consistent with regional nitrogen oxides concentrations observed by satellites and ground-based networks, but the calculated signal of emissions decreases (about 1Gt CO2) will have little impacts (less than 0.13ppm by April 30, 2020) on the overserved global CO2 concertation. However, with observed fast CO2 recovery in China and partial re-opening globally, our findings suggest the longer-term effects on CO2 emissions are unknown and should be carefully monitored using multiple measures.

研究动机与目标

• 量化新冠疫情早期全球化石CO2排放的空前下降。
• 将疫情驱动的排放变化与季节性、周度及节假日相关的排放波动相分离。
• 利用206个国家关键部门的活动数据，构建近实时每日CO2排放清单。
• 利用氮氧化物卫星观测与地面测量数据验证排放估算的准确性。
• 评估短期排放减少对全球大气CO2浓度的影响。

提出的方法

• 基于电力（29个国家）、工业（73个国家）、道路运输（406座城市）、航空、海上航运以及商业与居民部门（206个国家）的活动数据，开发了近实时每日CO2排放清单系统。
• 应用分部门排放因子与时间调整模型，将活动数据转换为每日分辨率的CO2排放量。
• 利用卫星反演的氮氧化物（NOx）浓度与地面空气质量测量数据，验证排放减少的幅度与空间分布。
• 将排放趋势与历史季节性与周循环进行校准，以分离出疫情特异性影响与正常波动。
• 使用简化的碳循环模型，估算全球CO2浓度变化，预测排放减少的大气影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于与疫情相关的限制措施，2020年1月至4月全球CO2排放量下降了多少？
• RQ2 航空、道路运输、电力和工业等关键部门的排放减少情况如何变化？
• RQ3 卫星观测的NOx浓度在多大程度上可用于验证排放变化的幅度与空间分布？
• RQ4 到2020年4月30日，全球短期排放减少对大气CO2浓度的净影响是什么？
• RQ5 各地区排放趋势如何比较，特别是中国、欧盟-27国及英国、美国？

主要发现

• 与2019年同期相比，2020年1月至4月全球化石CO2排放量下降7.8%（938 Mt CO2），95%置信区间为+6.8%。
• 中国排放下降幅度最大且最早，减少6.9%（234.5 Mt CO2），其次为欧盟-27国及英国（-12.0%，138.3 Mt CO2）和美国（-9.5%，162.4 Mt CO2）。
• 航空业排放下降28.9%（-92.8 Mt CO2），为各行业最大降幅，其次为道路运输（-15.5%，-340.4 Mt CO2）。
• 电力部门排放减少6.4%（-292.5 Mt CO2），工业部门排放下降4.4%（-136.2 Mt CO2）。
• 居民部门与国际航运排放分别下降2.7%（-43.4 Mt CO2）与15%（-35.9 Mt CO2）。
• 尽管排放总量减少了1 Gt CO2，但到2020年4月30日，大气CO2浓度增幅不足0.13 ppm，表明短期大气影响微弱。